锅炉水循环供暖控制系统设计
锅炉水循环供暖控制系统设计[20200419160546]
摘 要
在我国北方大部分地区，冬天供暖会有很多问题存在：时常出现温度过低或过高的现象，温度过低时会造成人身体的不舒适，温度过高时浪费了资源。如何解决这个问题，是本课题研究的目的。水循环室内供暖主要以S7-200PLC为核心，运用工控组态软件组态王设计上位机监控界面，实现上位机监视，下位机控制的控制系统。控制系统通过温度传感器检测热交换器冷出水的温度并送到PLC中，经PID运算输出控制量，通过控制变频器的工作频率对温度进行调节，从而达到控制室内温度，满足用户的需求。
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关键字:温度控制S7-200PLC组态王PID水循环供暖
目录
1 绪论 1
1.1论文研究的背景和意义 1
1.2课题研究的主要工作 1
2 控制系统设计概述 2
2.1 控制系统的功能要求 2
2.2 系统的总体设计 2
3 控制系统的硬件设计 4
3.1 PLC的选型 4
3.1.1 S7-200 PLC介绍 4
3.1.2 S7-200PLC的选型 4
3.2 传感器的选择 6
3.2.1 温度传感器的选型 6
3.3 变频器的选择 7
3.4 上位机与下位机通讯 8
3.5 硬件结构图 8
4 监控系统的软件设计 12
4.1 下位机软件设计概述 10
4.2 PLC实现PID控制的程序设计 10
4.2.1 PID控制算法的介绍 12
4.2.2 PLC程序设计 12
4.3 上位机组态软件的的设计 14
4.3.1 组态王软件的介绍 14
4.3.2 定义I/O设备 16
4.3.3 建立画面连接 18
4.3.4 画面切换 19
4.4 温度控制系统 19
4.4.1 温度控制系统设计 20
4.4.2 温度传感器输出信号的采集 18
5 系统运行状态和结果 19
5.1 PID 调试与参数整定 19
5.2 系统运行画面 19
5.3运行的结果 24
结束语 22
参考文献 23
附录1 程序 24
附录2 实验室硬件调试 33
致谢 35
1 绪论
1.1论文研究的背景和意义
随着我国经济的极速发展，城市建设所占用的土地面积越来越多，好多地方在积极实行“集体农庄”、“城中村”这些国家的政策，现在可以很明显的看得出人民的生活水平得到了很大的提高。在冬天，天气比较寒冷，室内供暖对人们非常重要。在冬季，北方地区集中供暖面积的不断扩大，怎样合理使用不会对资源产生浪费并对人生活的质量也提高，成为急需解决的重要课题。
室内送暖没有很好的调节控制系统，热量的利用率不高，造成了很多的热量损失。而且温度不适，在一定的程度上影响了居民的生活。因此，本设计很好的响应了国家的号召、满足大众的要求。
在工业生产过程中，PLC S7-200控制系统被广泛的运用在硬件上，涉及到传感器，执行器，控制器等。该软件包括模拟场景控制，上位机组态软件和程序设计，对学生专业知识这方面的需求比较高，对温度的自动调节也很精确，所以使用实际应用控制器和执行元件来搭建实验系统是非常实用的，对于培养学生的应用实践能力具有很大的帮助。
1.2课题研究的主要工作
锅炉水循环温度控制系统，针对人们越来越重视生活的质量，本课题对于室内温度调节系统，设计了一套基于西门子PLC的室内温度控制方案。锅炉水循环供暖控制系统是使用户可通过操作组态界面的监视控制系统。本设计思维是PLC作为下位机，计算机作为上位机。
锅炉水循环供暖控制系统设计研究的内容主要包括S7-200PLC ，PID调节，变频器MM420调速，组态王监控系统软件。
本课题的要求是，室内管道加热水，以控制室温。具体的模拟流程，就是让用户设定室内温度，在程序里设定值，热敏电阻检测到室内的温度反馈给控制器，PID处理程序，通过PID自调节，当温度超过设定值时，会出现报警，反之不然后继续控制热水的流量通过换交换热，加快流速，使温度达到要求。
本课题的重点是：首先PID程序的编写，P、I、D值的设定，需要多个测试值来调试，以达到最佳的效果，接近于生活；其次绘制组态画面，为用户达到检测要求，完善组态界面;最后正确使用S7-200PLC控制回路设计，如何控制PID，进行组态监控。
2 控制系统设计概述
温度控制系统是比较复杂且很难控制的，控制技术有很多种，其中核心技术有温度的检测、温度的调控、通讯技术和终端显示等。下面将对本课题的控制系统进行介绍。
2.1 控制系统的功能要求
基于PLC的温度控制系统应该具备如下的功能：
（1）能够比较准确的实现对室内温度的检测，测量范围为-40℃ ~ +50℃，可以提供±0.25℃常用的室温精度。
（2）能够测出温度和报警，并能够使用PLC硬件设备进行温度的调控。
（3）监控画面还能实现实时时间的显示，同时能在任何时间对数值进行及时的校正。
（4）组态显示装置画面要美观，可以很直观的显示相关的参数，并对整个调试过程进行实时的监控，体现出控制系统的有效性。
2.2 系统的总体设计
本设计采用S7-200PLC编写程序，要求实现上位机和下位机之间的通信和硬件设计，通过PC/PPI协议通讯来连接组态王和PLC。使用的是扩展模块EM235+EM232的模拟量输入输出，通过温度传感器PT100来采集温度，反馈出给变频器，然后输出频率到水泵上。系统结构图 如图2.1所示：
图2.1 系统结构图
3 控制系统的硬件设计
3.1 PLC的选型
选取合适的PLC对于控制系统硬件配置很重要。目前，生产PLC的公司很多，比如西门子、三菱、欧姆龙、施耐德、台达等等，不同品牌的PLC虽然基本功能大致相同，但它们的编程方式、性能、容量、适合的场合、价格却不尽相同，而同一品牌不同型号、不同系列的产品的功能差异也很大，因此，首先要选择一款合适的PLC。
选择PLC的基本原则着实满足功用要求及维修方便、牢靠的前提下，力图以最佳的性能价格比。经过对各品牌的PLC的系统稳定性、结构模式、安装方式、响应速度等多方面的仔细了解机比较，同时考虑到开关量与数字量，以及对各个PLC的熟悉程度，最终，选取了西门子公司的S7-200系列的产品。
3.1.1 S7-200 PLC介绍
S7-200 PLC是德国西门子公司设计的一种小型的可编程序控制器，它功能的非常强，不管是在单独运行中，还是与网络相连洗，度能实现繁杂的控制功能。S7-200系列的特点：抗干扰能力强，稳定性好、编程方便简单、，控制灵活，程序易改，具有很好的柔韧性；功能强，扩展方便，性能价格比高；体积小，重量轻、能耗低；丰富的内置集成功能；较好的实时特性、强劲的通讯本领、充足的扩展模块。
在控制系统设计的时候，最初要肯定控制端程序，下一步工作便是PLC工艺设计和选型。应用需求，技术特点是设计和选型的主要依据。可编程逻辑控制器及相关配置应是集成的、标配的，易于扩充其功能选择在制器的选用原则，工业控制系统应投入运行相关的领域行业表现，成熟牢靠的系统，PLC的系统硬件、软件、设备配置的规模和控制的功能应符合要求。
3.1.2 S7-200PLC的选型
S7-200PLC，其内部程序的存储是采纳各种类型的可编程的存储器 ，对于用户的指令执行逻辑运算，顺序控制，算术，计数和计时业务及其他业务，并通过各类机械或生产过程的数字量或模拟量输入/输出控制。中央处理单元(CPU)是PLC的中枢。
摘 要
在我国北方大部分地区，冬天供暖会有很多问题存在：时常出现温度过低或过高的现象，温度过低时会造成人身体的不舒适，温度过高时浪费了资源。如何解决这个问题，是本课题研究的目的。水循环室内供暖主要以S7-200PLC为核心，运用工控组态软件组态王设计上位机监控界面，实现上位机监视，下位机控制的控制系统。控制系统通过温度传感器检测热交换器冷出水的温度并送到PLC中，经PID运算输出控制量，通过控制变频器的工作频率对温度进行调节，从而达到控制室内温度，满足用户的需求。
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关键字:温度控制S7-200PLC组态王PID水循环供暖
目录
1 绪论 1
1.1论文研究的背景和意义 1
1.2课题研究的主要工作 1
2 控制系统设计概述 2
2.1 控制系统的功能要求 2
2.2 系统的总体设计 2
3 控制系统的硬件设计 4
3.1 PLC的选型 4
3.1.1 S7-200 PLC介绍 4
3.1.2 S7-200PLC的选型 4
3.2 传感器的选择 6
3.2.1 温度传感器的选型 6
3.3 变频器的选择 7
3.4 上位机与下位机通讯 8
3.5 硬件结构图 8
4 监控系统的软件设计 12
4.1 下位机软件设计概述 10
4.2 PLC实现PID控制的程序设计 10
4.2.1 PID控制算法的介绍 12
4.2.2 PLC程序设计 12
4.3 上位机组态软件的的设计 14
4.3.1 组态王软件的介绍 14
4.3.2 定义I/O设备 16
4.3.3 建立画面连接 18
4.3.4 画面切换 19
4.4 温度控制系统 19
4.4.1 温度控制系统设计 20
4.4.2 温度传感器输出信号的采集 18
5 系统运行状态和结果 19
5.1 PID 调试与参数整定 19
5.2 系统运行画面 19
5.3运行的结果 24
结束语 22
参考文献 23
附录1 程序 24
附录2 实验室硬件调试 33
致谢 35
1 绪论
1.1论文研究的背景和意义
随着我国经济的极速发展，城市建设所占用的土地面积越来越多，好多地方在积极实行“集体农庄”、“城中村”这些国家的政策，现在可以很明显的看得出人民的生活水平得到了很大的提高。在冬天，天气比较寒冷，室内供暖对人们非常重要。在冬季，北方地区集中供暖面积的不断扩大，怎样合理使用不会对资源产生浪费并对人生活的质量也提高，成为急需解决的重要课题。
室内送暖没有很好的调节控制系统，热量的利用率不高，造成了很多的热量损失。而且温度不适，在一定的程度上影响了居民的生活。因此，本设计很好的响应了国家的号召、满足大众的要求。
在工业生产过程中，PLC S7-200控制系统被广泛的运用在硬件上，涉及到传感器，执行器，控制器等。该软件包括模拟场景控制，上位机组态软件和程序设计，对学生专业知识这方面的需求比较高，对温度的自动调节也很精确，所以使用实际应用控制器和执行元件来搭建实验系统是非常实用的，对于培养学生的应用实践能力具有很大的帮助。
1.2课题研究的主要工作
锅炉水循环温度控制系统，针对人们越来越重视生活的质量，本课题对于室内温度调节系统，设计了一套基于西门子PLC的室内温度控制方案。锅炉水循环供暖控制系统是使用户可通过操作组态界面的监视控制系统。本设计思维是PLC作为下位机，计算机作为上位机。
锅炉水循环供暖控制系统设计研究的内容主要包括S7-200PLC ，PID调节，变频器MM420调速，组态王监控系统软件。
本课题的要求是，室内管道加热水，以控制室温。具体的模拟流程，就是让用户设定室内温度，在程序里设定值，热敏电阻检测到室内的温度反馈给控制器，PID处理程序，通过PID自调节，当温度超过设定值时，会出现报警，反之不然后继续控制热水的流量通过换交换热，加快流速，使温度达到要求。
本课题的重点是：首先PID程序的编写，P、I、D值的设定，需要多个测试值来调试，以达到最佳的效果，接近于生活；其次绘制组态画面，为用户达到检测要求，完善组态界面;最后正确使用S7-200PLC控制回路设计，如何控制PID，进行组态监控。
2 控制系统设计概述
温度控制系统是比较复杂且很难控制的，控制技术有很多种，其中核心技术有温度的检测、温度的调控、通讯技术和终端显示等。下面将对本课题的控制系统进行介绍。
2.1 控制系统的功能要求
基于PLC的温度控制系统应该具备如下的功能：
（1）能够比较准确的实现对室内温度的检测，测量范围为-40℃ ~ +50℃，可以提供±0.25℃常用的室温精度。
（2）能够测出温度和报警，并能够使用PLC硬件设备进行温度的调控。
（3）监控画面还能实现实时时间的显示，同时能在任何时间对数值进行及时的校正。
（4）组态显示装置画面要美观，可以很直观的显示相关的参数，并对整个调试过程进行实时的监控，体现出控制系统的有效性。
2.2 系统的总体设计
本设计采用S7-200PLC编写程序，要求实现上位机和下位机之间的通信和硬件设计，通过PC/PPI协议通讯来连接组态王和PLC。使用的是扩展模块EM235+EM232的模拟量输入输出，通过温度传感器PT100来采集温度，反馈出给变频器，然后输出频率到水泵上。系统结构图 如图2.1所示：
图2.1 系统结构图
3 控制系统的硬件设计
3.1 PLC的选型
选取合适的PLC对于控制系统硬件配置很重要。目前，生产PLC的公司很多，比如西门子、三菱、欧姆龙、施耐德、台达等等，不同品牌的PLC虽然基本功能大致相同，但它们的编程方式、性能、容量、适合的场合、价格却不尽相同，而同一品牌不同型号、不同系列的产品的功能差异也很大，因此，首先要选择一款合适的PLC。
选择PLC的基本原则着实满足功用要求及维修方便、牢靠的前提下，力图以最佳的性能价格比。经过对各品牌的PLC的系统稳定性、结构模式、安装方式、响应速度等多方面的仔细了解机比较，同时考虑到开关量与数字量，以及对各个PLC的熟悉程度，最终，选取了西门子公司的S7-200系列的产品。
3.1.1 S7-200 PLC介绍
S7-200 PLC是德国西门子公司设计的一种小型的可编程序控制器，它功能的非常强，不管是在单独运行中，还是与网络相连洗，度能实现繁杂的控制功能。S7-200系列的特点：抗干扰能力强，稳定性好、编程方便简单、，控制灵活，程序易改，具有很好的柔韧性；功能强，扩展方便，性能价格比高；体积小，重量轻、能耗低；丰富的内置集成功能；较好的实时特性、强劲的通讯本领、充足的扩展模块。
在控制系统设计的时候，最初要肯定控制端程序，下一步工作便是PLC工艺设计和选型。应用需求，技术特点是设计和选型的主要依据。可编程逻辑控制器及相关配置应是集成的、标配的，易于扩充其功能选择在制器的选用原则，工业控制系统应投入运行相关的领域行业表现，成熟牢靠的系统，PLC的系统硬件、软件、设备配置的规模和控制的功能应符合要求。
3.1.2 S7-200PLC的选型
S7-200PLC，其内部程序的存储是采纳各种类型的可编程
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